JP2013241864A - 多気筒エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ弁の開度制御により優れた応答性でＥＧＲ量を調節することを可能にしつつ、各気筒に導入されるＥＧＲ量のばらつきを抑制する。
【解決手段】排気還流装置４０は、ＥＧＲ管４１と、ＥＧＲ管４１から分岐したＥＧＲマニホールド４５と、ＥＧＲガスの量を調節するためのＥＧＲ弁４３とを備える。ＥＧＲマニホールド４５は、単管部４６ａと分岐管部４６ｂ１，４６ｂ２とを含みかつ燃焼順序が連続しない複数の気筒２Ｂ，２Ｃの吸気ポート８と連通する共通ＥＧＲ通路４６と、特定の気筒２Ａ，２Ｄの吸気ポート８と連通する独立ＥＧＲ通路４７，４８とを有する。任意の気筒とその気筒の次に燃焼が行われる後続気筒とをつなぐＥＧＲマニホールド４５内の連通経路の容積が、燃焼順序が連続するどの気筒の組合せについても同一となるように、共通ＥＧＲ通路４６および独立ＥＧＲ通路４７，４８の各形状が設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の気筒を有する多気筒エンジンの各気筒から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気系から吸気系に還流させる排気還流装置に関する。

上記多気筒エンジンの排気還流装置として、例えば下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１に開示された排気還流装置は、特定方向に並ぶ４つの気筒を有した直列４気筒エンジン用のものであり、エンジンの各気筒の排気ポートから延びる排ガス還流通路と、この排ガス還流通路の下流側に接続され、エンジンの独立吸気通路（各気筒の吸気ポートとサージタンクとを連結する４本の吸気通路）とそれぞれ連通する排ガス分配ブロックと、上記排ガス還流通路と排ガス分配ブロックとの間に設けられた開閉可能なＥＧＲ弁（排ガス還流制御弁）とを備えている。上記排ガス還流通路を通じて導出された排気ガス（ＥＧＲガス）は、一旦共通の排ガス分配ブロックに導入された後、各気筒の独立吸気通路に導入されるようになっている。

特開平６−１０８９２８号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、排ガス還流通路と各気筒の独立吸気通路との間に共通の排ガス分配ブロックを設けた場合には、この排ガス分配ブロックを通じて気筒間の吸気干渉が起きる上、その吸気干渉の強さが気筒によってばらつくことが懸念される。吸気干渉の強さがばらつくと、各気筒に導入されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）がばらつき、全ての気筒において安定した燃焼を行えなくなるおそれがある。

もちろん、上記特許文献１と異なり、排ガス還流通路を通じて導出されたＥＧＲガスを、各気筒の独立吸気通路の上流側に設けられる大容量のサージタンクに戻し、このサージタンクから各気筒に排気ガスを分配するようにすれば、上記のようなＥＧＲ量のばらつきは小さくなる。しかしながら、このようにした場合には、ＥＧＲ弁の開度を制御してＥＧＲ量を調節しようとしたときに、ＥＧＲ弁の開度制御に対するＥＧＲ量の追随性が悪化し、比較的大きな応答遅れが生じることが避けられないという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ弁の開度制御により優れた応答性でＥＧＲ量を調節することができ、しかも各気筒に導入されるＥＧＲ量のばらつきを効果的に抑制することが可能な多気筒エンジンの排気ガス還流装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒を有する多気筒エンジンの各気筒から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気系から吸気系に還流させる排気還流装置であって、エンジンの排気系から吸気系に向けて延びる単一のＥＧＲ管と、ＥＧＲ管の下流端部から各気筒に向けて分岐するように設けられたＥＧＲマニホールドと、これらＥＧＲ管およびＥＧＲマニホールドを通って各気筒に還流されるＥＧＲガスの量を調節するＥＧＲ弁とを備え、上記ＥＧＲマニホールドは、上記ＥＧＲ管の下流端部から延びる単一の単管部とそこから分岐しつつ延びて燃焼順序が連続しない複数の気筒の吸気ポートと連通するように設けられた分岐管部とを含む１つまたは複数の共通ＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ管の下流端部から延びて特定の気筒の吸気ポートと連通するように設けられた１つまたは複数の独立ＥＧＲ通路とを有し、任意の気筒とその気筒の次に燃焼が行われる後続気筒とをつなぐ上記ＥＧＲマニホールド内の連通経路の容積が、燃焼順序が連続するどの気筒の組合せについても同一となるように、上記共通ＥＧＲ通路および独立ＥＧＲ通路の各形状が設定されたことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、ＥＧＲ管から導出されるＥＧＲガスが、複数の気筒に向けて分岐したＥＧＲマニホールドを通じて各気筒に還流されるため、例えばＥＧＲ管からのＥＧＲガスを一旦大容量のサージタンクに導入してから各気筒に分配するといった構成を採用した場合と異なり、ＥＧＲ弁の開度変化がより直接的に各気筒へのＥＧＲガスの導入量に影響し、優れた応答性で各気筒へのＥＧＲ量を調節することができる。

しかも、本発明では、燃焼順序が連続するどの気筒の組合せについても、気筒どうしをつなぐＥＧＲマニホールド内の連通経路の容積が同一であるため、気筒ごとのＥＧＲ量のばらつきを抑制することができる。すなわち、ＥＧＲ弁が開弁されているとき、吸気干渉は、ある気筒の吸気ポートに生じる圧力変化の波（粗密波）が、ＥＧＲマニホールド内の所定の連通経路を通じて伝播し、燃焼順序がその次の後続気筒の吸気ポートに到達することで起きる。このとき、上記のように連通経路の容積が全て同一であれば、燃焼順序が連続する気筒どうしで起きる吸気干渉の強さが、気筒の組合せにかかわらず同程度に揃えられるので、ＥＧＲガスの量が気筒ごとに大きくばらつくのを効果的に抑制することができる。

上記エンジンが、特定方向に並ぶ合計４つの気筒を有するとともに燃焼順序が気筒列方向の一端側から１番、３番、４番、２番気筒の順になるように設定された４気筒エンジンである場合、好ましくは、上記ＥＧＲマニホールドは、気筒列方向の内側に位置する２つの気筒にＥＧＲガスを供給する１つの共通ＥＧＲ通路と、気筒列方向の外側に位置する残りの２つの気筒にそれぞれＥＧＲガスを供給する２つの独立ＥＧＲ通路とを有し、上記１つの共通ＥＧＲ通路および上記２つの独立ＥＧＲ通路のそれぞれの容積が全て同一となるように、上記共通ＥＧＲ通路および独立ＥＧＲ通路の各形状が設定される（請求項２）。

この構成によれば、４気筒エンジンに設けられるＥＧＲマニホールドを効果的にコンパクト化しつつ、各気筒へのＥＧＲ量のばらつきを抑制することができる。

上記構成において、より好ましくは、上記共通ＥＧＲ通路と独立ＥＧＲ通路とが同一平面上に配置される（請求項３）。

この構成によれば、ＥＧＲマニホールドの製造および取り付けが容易になるという利点がある。

上記エンジンが、ガソリンを含有する燃料の自着火による燃焼であるＨＣＣＩ燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行可能なエンジンである場合、好ましくは、上記ＥＧＲ弁は、少なくとも上記ＨＣＣＩ燃焼の実行領域で開弁される（請求項４）。

この構成によれば、筒内に導入されるＥＧＲガスの量によって自着火の時期や成否が左右され易いＨＣＣＩ燃焼の実行領域において、各気筒へのＥＧＲ量のばらつきが抑制され、いずれの気筒に対しても同程度のＥＧＲ量が確保される。これにより、ＨＣＣＩ燃焼の開始時期が気筒により大きくばらついたり失火が起きたりするのを効果的に防止して、全ての気筒でのＨＣＣＩ燃焼を効果的に安定化させることができる。

以上説明したように、本発明の多気筒エンジンの排気還流装置によれば、ＥＧＲ弁の開度制御により優れた応答性でＥＧＲ量を調節することを可能にしつつ、各気筒に導入されるＥＧＲ量のばらつきを抑制することができる。

本発明の第１実施形態にかかる排気還流装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。 上記エンジンの燃焼形式（ＨＣＣＩ燃焼かＳＩ燃焼か）を選択するために参照される運転マップを示す図である。 上記エンジンの１番気筒と３番気筒とをつなぐＥＧＲマニホールド内の連通経路を示す図である。 上記エンジンの３番気筒と４番気筒とをつなぐＥＧＲマニホールド内の連通経路を示す図である。 上記エンジンの４番気筒と２番気筒とをつなぐＥＧＲマニホールド内の連通経路を示す図である。 上記エンジンの２番気筒と１番気筒とをつなぐＥＧＲマニホールド内の連通経路を示す図である。 上記エンジンの排気還流装置によって実現されるＥＧＲ率を気筒ごとに調べたグラフである。 本発明の第２実施形態にかかる排気還流装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、上記エンジンにおいて燃焼順序が連続する２つの気筒どうしをつなぐＥＧＲマニホールド内の連通経路を全てのパターンについて示した図である。 本発明の比較例を示す図である。 上記比較例の排気還流装置によって実現されるＥＧＲ率を気筒ごとに調べたグラフである。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる排気還流装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。当実施形態のエンジンは、特定方向に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有する直列４気筒型かつ４サイクル式のエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための各種通路等からなる吸気系２０と、エンジン本体１で生成される排気ガスを排出するための各種通路等からなる排気系３０とを備えている。

上記エンジン本体１の各気筒２Ａ〜２Ｄには、それぞれピストン（図示省略）が往復摺動可能に挿入されており、各ピストンはコネクティングロッド等を介して出力軸であるクランク軸と連結されている。各ピストンの上方には燃焼室が区画形成されており、ガソリンを含有する燃料を各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室に噴射するインジェクタ５が、気筒２Ａ〜２Ｄごとに１つずつ設けられている。そして、インジェクタ５から噴射された燃料が各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストンが上下方向に往復運動することにより、クランク軸が中心軸回りに回転するようになっている。

上記のような４サイクル４気筒エンジンでは、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられたピストンが、クランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）の位相差をもって上下運動する。このため、各気筒２Ａ〜２Ｄでの燃焼のタイミングは、１８０°ＣＡずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的に、気筒列方向の一端側から順に気筒番号を付す（つまり気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの番号をそれぞれ１番、２番、３番、４番とする）と、１番気筒２Ａ→３番気筒２Ｃ→４番気筒２Ｄ→２番気筒２Ｂの順に燃焼が行われる。このため、例えば１番気筒２Ａが膨張行程であれば、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ、２番気筒２Ｂは、それぞれ、圧縮行程、吸気行程、排気行程となる。

また、当実施形態のエンジンでは、その部分負荷域に設定された図２に示す第１運転領域Ｓ１において、ガソリンを含有する燃料を吸気行程または圧縮行程の途中で噴射するとともにその噴射燃料と空気との混合気をピストンの圧縮作用により高温・高圧化させて自着火させる燃焼、つまりＨＣＣＩ燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）が実行される。一方、第１運転領域Ｓ１よりも高負荷側の第２運転領域Ｓ２では、火花放電による強制点火をきっかけに混合気を火炎伝播により燃焼させるＳＩ燃焼（Spark Ignition Combustion）が実行される。このため、エンジン本体１の上部（シリンダヘッド）には、図１に示すように、上記第２運転領域Ｓ２での運転時に火花放電を行うための点火プラグ６が、各気筒２Ａ〜２Ｄにつき１つずつ設けられている。

上記エンジン本体１の上部には、上記吸気系２０から供給される空気を各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室に導入するための吸気ポート８と、吸気ポート８の燃焼室側の開口に設けられた開閉可能な吸気弁１０と、各気筒２Ａ〜２Ｄの燃焼室で生成された排気ガスを上記排気系３０に導出するための排気ポート９と、排気ポート９の燃焼室側の開口に設けられた開閉可能な排気弁１１とが設けられている。なお、図例のエンジンはいわゆるダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、１つの気筒につき吸気弁１０および排気弁１１が２つずつ設けられている。

上記排気系３０は、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポート９から下流側（排気系３０を通過する排気ガスの流れ方向の下流側）に向かって延びる４本の独立排気通路３１〜３４と、各独立排気通路３１〜３４の下流端部どうしが集合した集合部３５と、集合部３５から下流側に向かって延びる単一の排気管３６とを有している。なお、排気管３６の途中部には、触媒コンバータやサイレンサー等（いずれも図示省略）が取り付けられる。

上記吸気系２０は、各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート８から上流側（吸気系２０を通過する空気の流れ方向の上流側）に向かって延びる４本の独立吸気通路２１〜２４と、各独立吸気通路２１〜２４の上流端部に接続された所定容積のサージタンク２５と、サージタンク２５から上流側に向かって延びる単一の吸気管２６とを有している。なお、吸気管２６の途中部には、吸入空気量を調節するためのスロットル弁（図示省略）等が取り付けられる。

上記吸気系２０と排気系３０との間には、各気筒２Ａ〜２Ｄから排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気系３０から吸気系２０に還流させるための排気還流装置４０が設けられている。

上記排気還流装置４０は、排気系３０から吸気系２０に向けて延びる単一のＥＧＲ管４１と、ＥＧＲ管４１の下流端部（排気還流装置４０を通過するＥＧＲガスの流れ方向の下流端部）から各気筒２Ａ〜２Ｄに向けて分岐するように設けられたＥＧＲマニホールド４５と、これらＥＧＲ管４１とＥＧＲマニホールド４５との接続部分に設けられた開閉可能なＥＧＲ弁４３とを有している。上記ＥＧＲ管４１の途中部には、エンジンの冷却水等を利用した熱交換器からなるＥＧＲクーラ４２が設けられており、このＥＧＲクーラ４２による熱交換作用により、各気筒２Ａ〜２Ｄに還流されるＥＧＲガスが冷却されるようになっている。

上記ＥＧＲ弁４３は、図外のアクチュエータによって開閉駆動されるものであり、このアクチュエータによるＥＧＲ弁４３の開度制御により、上記ＥＧＲ管４１およびＥＧＲマニホールド４５を通って各気筒２Ａ〜２Ｄに還流されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）が調節されるようになっている。上記ＥＧＲ弁４３用のアクチュエータは、少なくとも図２に示した第１運転領域Ｓ１（ＨＣＣＩ燃焼の実行領域）においてＥＧＲ弁４３を開弁させるとともに、この第１運転領域Ｓ１において適切な量のＥＧＲガスが確保されるように、負荷や回転速度に応じて上記ＥＧＲ弁４３の開度を制御する機能を有している。

上記ＥＧＲマニホールド４５は、１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄに対しそれぞれ専用に設けられた２つの独立ＥＧＲ通路４７，４８と、２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃに対し共通に設けられた１つの共通ＥＧＲ通路４６とを有している。これら共通ＥＧＲ通路４６および独立ＥＧＲ通路４７，４８は、それぞれの下流端部（独立吸気通路２１〜２４との接続部）を除いた主要部分が全て同一平面上に位置するように配置されている。なお、以下では、１番気筒２Ａ用の独立ＥＧＲ通路４７を第１独立ＥＧＲ通路４７といい、４番気筒２Ｄ用の独立ＥＧＲ通路４８を第２独立ＥＧＲ通路４８ということがある。

上記共通ＥＧＲ通路４６は、途中で２方向に分岐する二股状の通路であり、ＥＧＲ管４１の下流端部（ＥＧＲ弁４３の設置部）から一方向に延びる単一の単管部４６ａと、単管部４６ａの下流端部から分岐して２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃに向けてそれぞれ延びる一対の（左右対称形状の）分岐管部４６ｂ１，４６ｂ２とを有している。この共通ＥＧＲ通路４６は、その分岐管部４６ｂ１，４６ｂ２の各下流端部が上記独立吸気通路２２，２３の各下流端部（吸気ポート８への接続口の近傍）に接続されることにより、これら独立吸気通路２２，２３を介して２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃの各吸気ポート８とそれぞれ連通している。

上記第１独立ＥＧＲ通路４７は、ＥＧＲ管４１の下流端部から１番気筒２Ａに向けて湾曲しつつ延びる単一の通路からなる。この第１独立ＥＧＲ通路４７は、その下流端部が１番気筒２Ａ用の独立吸気通路２１の下流端部（吸気ポート８への接続口の近傍）に接続されることにより、この独立吸気通路２１を介して１番気筒２Ａの吸気ポート８と連通している。

上記第２独立ＥＧＲ通路４８は、ＥＧＲ管４１の下流端部から４番気筒２Ｄに向けて湾曲しつつ延びる単一の通路からなる。この第２独立ＥＧＲ通路４８は、その下流端部が４番気筒２Ｄ用の独立吸気通路２４の下流端部（吸気ポート８への接続口の近傍）に接続されることにより、この独立吸気通路２４を介して４番気筒２Ｄの吸気ポート８と連通している。

ここで、当実施形態のエンジン（４サイクル４気筒エンジン）では、上述したように、１番気筒２Ａ→３番気筒２Ｃ→４番気筒２Ｄ→２番気筒２Ｂの順に燃焼が行われるので、上記共通ＥＧＲ通路４６を共用する２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃは、燃焼順序が連続しない関係にある。このため、当実施形態のように、２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃに対し１つの共通ＥＧＲ通路４６を用いた場合でも、これら両気筒２Ｂ，２Ｃに還流されるＥＧＲガスが同時に上記共通ＥＧＲ通路４６に流れることはない。

上記２つの（第１および第２の）独立ＥＧＲ通路４７，４８は、互いに同一の容積を有するように形成されており、また、上記共通ＥＧＲ通路４６は、上記独立ＥＧＲ通路４７，４８のそれぞれの容積と同一の容積を有するように形成されている。具体的に、当実施形態では、共通ＥＧＲ通路４６および第１、第２独立ＥＧＲ通路４７，４８のそれぞれの通路断面積が同一に設定されるとともに、共通ＥＧＲ通路４６の合計の通路長（つまり単管部４６ａの通路長と分岐管部４６ｂ１，４６ｂ２の通路長とを足し合わせた値）と、第１、第２独立ＥＧＲ通路４７，４８の各通路長とが、それぞれ同一の値に設定されることにより、上記各通路４６，４７，４８の容積が全て同一に設定されている。

図３〜図６は、燃焼順序が連続する２つの気筒どうしをつなぐＥＧＲマニホールド４５内の連通経路（Ｒ１〜Ｒ４）を全てのパターンについて図示したものである。本図に示すように、連通経路Ｒ１（図３）は、第１独立ＥＧＲ通路４７と、共通ＥＧＲ通路４６の単管部４６ａおよび分岐管部４６ｂ２とを通る経路であり、１番気筒２Ａとその次に燃焼が行われる３番気筒２Ｃとをつないでいる。連通経路Ｒ２（図４）は、共通ＥＧＲ通路４６の分岐管部４６ｂ２および単管部４６ａと、第２独立ＥＧＲ通路４８とを通る経路であり、３番気筒２Ｃとその次に燃焼が行われる４番気筒２Ｄとをつないでいる。連通経路Ｒ３（図５）は、第２独立ＥＧＲ通路４８と、共通ＥＧＲ通路４６の単管部４６ａおよび分岐管部４６ｂ１とを通る経路であり、４番気筒２Ｄとその次に燃焼が行われる２番気筒２Ｂとをつないでいる。連通経路Ｒ４（図６）は、共通ＥＧＲ通路４６の分岐管部４６ｂ１および単管部４６ａと、第１独立ＥＧＲ通路４７とを通る経路であり、２番気筒２Ｂとその次に燃焼が行われる１番気筒２Ａとをつないでいる。

図３〜図６によれば、上記４つの連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積は全て同一の値であることが分かる。すなわち、上記各連通経路Ｒ１〜Ｒ４は、いずれも、第１、第２独立ＥＧＲ通路４７，４８のいずれか一方と、共通ＥＧＲ通路４６の一部（単管部４６ａと分岐管部４６ｂ１，４６ｂ２のいずれか一方とを合わせた部分）とを通る経路であるが、当実施形態では、上述したように、共通ＥＧＲ通路４６、第１独立ＥＧＲ通路４７、第２独立ＥＧＲ通路４８の各容積が全て同一であるから、上記連通経路Ｒ１〜Ｒ４の各容積も全て同一になる。例えば、上記共通ＥＧＲ通路４６、第１独立ＥＧＲ通路４７、第２独立ＥＧＲ通路４８の各容積がともにＶであるとし、さらに、共通ＥＧＲ通路４６の容積Ｖの内訳を、単管部４６ａの容積がＶａで、分岐管部４６ｂ１，４６ｂ２の各容積が｛（Ｖ−Ｖａ）／２｝であるとする。このとき、上記４つの連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積は、全て、｛３・Ｖ／２＋Ｖａ／２｝で同一となる。

以上のように、本発明の第１実施形態では、４気筒エンジンにおける任意の気筒とその気筒の次に燃焼が行われる後続気筒とをつなぐＥＧＲマニホールド４５内の連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積が、燃焼順序が連続するどの気筒の組合せについても同一に設定されている。このことは、ＥＧＲ弁４３の開弁時に、燃焼順序が連続する気筒どうしで起きる吸気干渉の強さを均一化することにつながるため、ＥＧＲマニホールド４５を通じて各気筒２Ａ〜２Ｄに還流されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）のばらつきを抑制し、各気筒２Ａ〜２Ｄで起きる燃焼を安定化させるという作用をもたらす。

すなわち、ＥＧＲ弁４３が開弁されているとき、吸気干渉は、ある気筒において吸気弁１０が開閉されることに伴い当該気筒の吸気ポート８に生じる圧力変化の波（粗密波）が、ＥＧＲマニホールド４５内の所定の連通経路（Ｒ１〜Ｒ４のいずれか）を通じて伝播し、燃焼順序がその次の後続気筒の吸気ポート８に到達することで起きる。このとき、上記のように連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積が全て同一であれば、燃焼順序が連続する気筒どうしで起きる吸気干渉の強さが、気筒の組合せにかかわらず同程度に揃えられるので、気筒内に導入されるＥＧＲガスの量が大きくばらつくことが防止される。

例えば、ある特定の気筒に作用する吸気干渉が極端に強く、その他の気筒に作用する吸気干渉が弱い場合には、上記特定の気筒へのＥＧＲガスの導入が相対的に大きく阻害される結果、この特定の気筒へのＥＧＲ量が、他の気筒へのＥＧＲ量に比べて極端に低下するという事態を招くと考えられる。これに対し、上記実施形態のように、吸気干渉の強さがどの気筒に対しても同程度になるようにＥＧＲマニホールド４５内の各連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積を同一に設定した場合には、ＥＧＲガス導入の阻害要因（吸気干渉による作用）が気筒ごとに大きくばらつくという上記のような事態を回避して、どの気筒に対しても同程度のＥＧＲ量を確保することができる。

図７は、上記第１実施形態の構成を前提として、ＥＧＲ率（筒内の全ガス中に含まれるＥＧＲガスの重量割合）が５０％または３０％になることを狙ってＥＧＲ弁４３の開度を制御したときに、１番気筒２Ａ（＃１）、２番気筒２Ｂ（＃２）、３番気筒２Ｃ（＃３）、４番気筒２Ｄ（＃４）のそれぞれのＥＧＲ率が実際にどの程度の値になったかを調べたグラフである。この図７のグラフによれば、各気筒２Ａ〜２ＤのＥＧＲ率は、５０％または３０％を境にわずかにばらつくものの、そのばらつきは比較的小さく抑えられていることが分かる。

一方、図１１は、上記第１実施形態とは異なり、排気系３０から延びるＥＧＲ管４１’の下流端部をサージタンク２５に接続した比較例（その構成を図１０に示す）を前提に、各気筒２Ａ〜２ＤのＥＧＲ率を調べたグラフである。この図１１のグラフによれば、目標のＥＧＲ率が５０％または３０％のとき、各気筒２Ａ〜２Ｄの実際のＥＧＲ率は、５０％または３０％の付近で比較的小さなばらつきをもって分布している。

逆に言えば、気筒ごとに別々にＥＧＲガスを供給することが可能なＥＧＲマニホールド４５を用いた上記第１実施形態（図１、図７）であっても、上述したように、ＥＧＲマニホールド４５内の各連通経路Ｒ１〜Ｒ４を全て同一の容積に設定するという特殊な構成を採用したことで、ＥＧＲ管４１’の下流端部を全気筒に共通のサージタンク２５に接続した上記比較例の場合（図１０、図１１）と同じ程度にしかＥＧＲ率がばらつかないといえる。ここで、ＥＧＲ率のばらつきは、一般には、図１０の比較例のようにＥＧＲ管４１’の下流端部をサージタンク２５に接続した方が小さくなることが知られている。つまり、各気筒２Ａ〜２Ｄの独立吸気通路２１〜２４に接続された大容量のサージタンク２５に一旦ＥＧＲガスを導入し、そこから独立吸気通路２１〜２４のいずれかを通って各気筒２Ａ〜２ＤにＥＧＲガスを分配するという方法をとれば、大容量のサージタンク２５の作用により各気筒２Ａ〜２Ｄへの吸気干渉が一律に小さく抑えられるため、ＥＧＲ量のばらつきが充分に小さく抑えられる。ただしこの場合は、ＥＧＲ弁４３’の開度制御によってＥＧＲ量を調節しようとしても、ＥＧＲ弁４３’の開度制御に対するＥＲＧ量の追随性が悪化し、制御の応答性の面では問題がある。

これに対し、上記第１実施形態（図１）に示したように、気筒ごとに別々にＥＧＲガスを供給することが可能なＥＧＲマニホールド４５を用いた場合には、ＥＧＲ弁４３の開度変化がより直接的に各気筒２Ａ〜２ＤへのＥＧＲガスの導入量に影響するため、図１０の比較例と比べて、ＥＧＲ量に関する制御の応答性を向上させることができる。しかも、ＥＧＲマニホールド４５内の各連通経路Ｒ１〜Ｒ４を全て同一の容積に設定したため、図７に示したように、気筒ごとのＥＧＲ量のばらつきを最小限に抑えることも可能である。

以上のように、上記第１実施形態によれば、ＥＧＲ弁４３の開度制御により優れた応答性でＥＧＲ量を調節することを可能にしつつ、各気筒２Ａ〜２Ｄに導入されるＥＧＲ量のばらつきを効果的に抑制することができる。

また、上記第１実施形態では、１番気筒２Ａ→３番気筒２Ｃ→４番気筒２Ｄ→２番気筒２Ｂの順に燃焼順序が設定された４気筒エンジンに対し、気筒列方向の内側に位置する２つの気筒（２番気筒２Ｂおよび３番気筒２Ｃ）にＥＧＲガスを供給するように二股状に形成された１つの共通ＥＧＲ通路４６と、気筒列方向の外側に位置する残りの２つの気筒（１番気筒２Ａおよび４番気筒２Ｄ）にＥＧＲガスを供給する２つの独立ＥＧＲ通路４７，４８とを有するＥＧＲマニホールド４５を設け、上記共通ＥＧＲ通路４６および独立ＥＧＲ通路４７，４８のそれぞれの容積を全て同一に設定した。このような構成によれば、ＥＧＲマニホールド４５のコンパクト化とＥＧＲ量のばらつきの抑制とを両立することができる。

例えば、上記第１実施形態（図１）と異なり、エンジンの全ての気筒２Ａ〜２Ｄに対し１つずつ（合計４つの）独立ＥＧＲ通路を設け、これら４つの独立ＥＧＲ通路の容積を全て同一に設定することも考えられる。このようにした場合でも、燃焼順序が連続する全ての気筒の組合せについて、気筒どうしをつなぐＥＧＲマニホールド内の連通経路の容積を全て同一にすることができ、ＥＧＲ量のばらつきを抑制することが可能であるが、上記第１実施形態のものと比較した場合には、ＥＧＲマニホールド全体の容積が増え、材料費や重量が増加してしまうという問題がある。これに対し、上記第１実施形態では、途中で二股状に分岐する共通ＥＧＲ通路４６を２番気筒２Ｂおよび３番気筒に対し共通に設け、この共通ＥＧＲ通路４６の容積を、他の独立ＥＧＲ通路４７，４８の各容積と同一に設定したため、ＥＧＲマニホールド４５を全体としてコンパクト化することができ、材料費および重量を削減することができる。しかも、２番気筒２Ｂと３番気筒２Ｃとは燃焼順序が連続しないので、これら気筒２Ｂ，２Ｃに対し１つの共通ＥＧＲ通路４６を設けたとしても、この共通ＥＧＲ通路４６を通じて上記各気筒２Ｂ，２Ｃの間で吸気干渉が起きることもない。したがって、上記第１実施形態によれば、ＥＧＲマニホールド４５を効果的にコンパクト化しつつ、各気筒２Ａ〜２Ｄに導入されるＥＧＲガスの量のばらつきを抑制することができる。

また、上記第１実施形態では、ＥＧＲマニホールド４５の共通ＥＧＲ通路４６と独立ＥＧＲ通路４７，４８とが同一平面上に配置されているため、ＥＧＲマニホールド４５の製造および取り付けが容易になるという利点がある。

また、上記第１実施形態では、エンジンの部分負荷域に設定された第１運転領域Ｓ１（図２）で、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気を自着火させる燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）が行われるとともに、このＨＣＣＩ燃焼の実行領域でＥＧＲ弁４３が開弁されて所望量のＥＧＲガスが各気筒２Ａ〜２Ｄに導入される。このような構成によれば、筒内に導入されるＥＧＲガスの量によって自着火の時期や成否が左右され易いＨＣＣＩ燃焼の実行領域（第１運転領域Ｓ１）において、各気筒２Ａ〜２ＤへのＥＧＲ量のばらつきが抑制され、いずれの気筒に対しても同程度のＥＧＲ量が確保される。これにより、ＨＣＣＩ燃焼の開始時期が気筒により大きくばらついたり失火が起きたりするのを効果的に防止して、全ての気筒２Ａ〜２ＤでのＨＣＣＩ燃焼を効果的に安定化させることができる。

なお、上記第１実施形態では、ＥＧＲマニホールド４５の共通ＥＧＲ通路４６および独立ＥＧＲ通路４７，４８の各容積が全て同一であり、その結果、燃焼順序が連続する気筒どうしをつなぐＥＧＲマニホールド４５内の連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積が全て同一であるものとしたが、容積が「同一」であるというには、容積の差が、各気筒２Ａ〜２ＤへのＥＧＲ量のばらつきが予め定められた許容値以内に収まる程度に小さければよく、必ずしも完全に同一である必要はない。ここで、ＥＧＲ量のばらつきの許容値は、各気筒２Ａ〜２Ｄで行われるＨＣＣＩ燃焼の態様（燃焼開始時期や燃焼期間）に大きな差が生じないような値、つまり、各気筒でのＨＣＣＩ燃焼によるトルクが均一化されてエンジンの回転が安定するような値として決定することができる。もちろん、ＳＩ燃焼の場合は、火花点火によって燃焼開始時期を揃えることができるので、ＥＧＲ量が多少大きくばらついても問題ないが、ＨＣＣＩ燃焼の場合は、燃焼開始時期等を揃えるために、ＥＧＲ量のばらつきを充分に小さい値に抑える必要がある。そこで、当明細書では、ＥＧＲマニホールド４５内の各連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積の差が充分に小さく、その結果生じる各気筒へのＥＧＲ量のばらつきが、ＨＣＣＩ燃焼の開始時期が揃うような充分に小さい値となる場合には、各連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積が実質的に同一であるとし、このようなケースについても、容積が「同一」であるものとして扱う。

また、上記第１実施形態では、ＥＧＲマニホールド４５の共通ＥＧＲ通路４６および独立ＥＧＲ通路４７，４８の各下流端部が、各気筒２Ａ〜２Ｄの独立吸気通路２１〜２４の下流端部（吸気ポート８への接続口の近傍）にそれぞれ接続されるものとしたが、一端が各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート８に開口しかつ他端がエンジン本体１の吸気側壁面に開口する追加のポートを設け、当該追加のポートの吸気側壁面への開口に、上記共通ＥＧＲ通路４６および独立ＥＧＲ通路４７，４８の各下流端部をそれぞれ接続してもよい。

また、上記第１実施形態では、共通ＥＧＲ通路４６、第１独立ＥＧＲ通路４７、および第２独立ＥＧＲ通路４８の各容積が全て同一であるものとしたが、共通ＥＧＲ通路４６の容積（単管部４６ａおよび一対の分岐管部４６ｂ１，４６ｂ２の合計の容積）については、必ずしも第１、第２独立ＥＧＲ通路４７，４８の容積と同一である必要はなく、異なっていてもよい。ただし、上述した４つの連通経路Ｒ１〜Ｒ４の容積が全て同一にするには、上記共通ＥＧＲ通路４６のうち、一対の分岐管部４６ｂ１，４６ｂ２については互いに同一の容積を有する必要がある。

＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態を説明するための図である。当実施形態のエンジンは、特定方向に並ぶ５つの気筒５２Ａ〜５２Ｅを有する直列５気筒型かつ４サイクル式のエンジン本体５１と、吸気系７０および排気系８０とを有している。なお、エンジン本体１の各気筒５２Ａ〜５２Ｅには、先の第１実施形態と同様、インジェクタ５５、点火プラグ５６、吸気ポート５８、排気ポート５９、吸気弁６０、および排気弁６１が、それぞれ設けられている。

上記のような４サイクル５気筒型のエンジンでは、各気筒５２Ａ〜５２Ｅに設けられたピストンが、クランク角で１４４°（１４４°ＣＡ）の位相差をもって上下運動する。このため、各気筒５２Ａ〜５２Ｅでの燃焼のタイミングは、１４４°ＣＡずつ位相をずらしたタイミングに設定される。また、各気筒５２Ａ〜５２Ｅで燃焼が行われる順番は何パターンかが考えられるが、当実施形態では、１番気筒５２Ａ→２番気筒５２Ｂ→４番気筒５２Ｄ→５番気筒５２Ｅ→３番気筒５２Ｃの順に燃焼が行われるものとする。

上記吸気系７０は、各気筒５２Ａ〜５２Ｅの吸気ポート５８から上流側（吸気系７０を通過する空気の流れ方向の上流側）に向かって延びる５本の独立吸気通路７１〜７５と、各独立吸気通路７１〜７５の上流端部に接続された所定容積のサージタンク７６と、サージタンク７６から上流側に向かって延びる単一の吸気管７７とを有している。

上記吸気系７０と排気系８０との間には、各気筒５２Ａ〜５２Ｅから排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気系８０から吸気系７０に還流させるための排気還流装置９０が設けられている。

上記排気還流装置９０は、排気系８０から吸気系７０に向けて延びる単一のＥＧＲ管９１と、ＥＧＲ管９１の下流端部から各気筒５２Ａ〜５２Ｅに向けて分岐するように設けられたＥＧＲマニホールド９５と、これらＥＧＲ管９１とＥＧＲマニホールド９５との接続部分に設けられた開閉可能なＥＧＲ弁９３と、ＥＧＲ管９１の途中部に設けられたＥＧＲクーラ９２とを有している。

上記ＥＧＲマニホールド９５は、１番気筒５２Ａおよび４番気筒５２Ｄ対し共通に設けられた第１共通ＥＧＲ通路９６と、２番気筒５２Ｂおよび５番気筒５２Ｅ対し共通に設けられた第２共通ＥＧＲ通路９７と、３番気筒５２Ｃに対し専用に設けられた１つの独立ＥＧＲ通路９８とを有している。

上記第１共通ＥＧＲ通路９６は、途中で２方向に分岐する二股状の通路であり、ＥＧＲ管９１の下流端部（ＥＧＲ弁９３の設置部）から延びる単一の単管部９６ａと、単管部９６ａの下流端部から分岐しつつ延びて１番気筒５２Ａおよび４番気筒５２Ｄ用の各独立吸気通路７１，７４の下流端部（吸気ポート５８への接続口の近傍）にそれぞれ接続される一対の分岐管部９６ｂ１，９６ｂ２とを有している。

上記第２共通ＥＧＲ通路９７は、途中で２方向に分岐する二股状の通路であり、ＥＧＲ管９１の下流端部から延びる単一の単管部９７ａと、単管部９７ａの下流端部から分岐しつつ延びて５番気筒５２Ｅおよび２番気筒５２Ｂ用の各独立吸気通路７５，７２の下流端部にそれぞれ接続される一対の分岐管部９７ｂ１，９７ｂ２とを有している。

上記独立ＥＧＲ通路９８は、所定方向の延びる単一の通路からなり、ＥＧＲ管４１の下流端部と３番気筒２Ｃ用の独立吸気通路７３の下流端部とを互いに連結するように設けられている。

ここで、当実施形態のエンジン（４サイクル５気筒エンジン）では、上述したように、１番気筒５２Ａ→２番気筒５２Ｂ→４番気筒５２Ｄ→５番気筒５２Ｅ→３番気筒５２Ｃの順に燃焼が行われるので、上記第１共通ＥＧＲ通路９６を共用する１番気筒５２Ａおよび４番気筒５２Ｄは、燃焼順序が連続しない関係にある。同様に、上記第２共通ＥＧＲ通路９７を共用する２番気筒５２Ｂおよび５番気筒５２Ｅも、燃焼順序が連続しない関係にある。

図９（ａ）〜（ｅ）は、燃焼順序が連続する２つの気筒どうしをつなぐＥＧＲマニホールド９５内の連通経路（Ｒ１１〜Ｒ１５）を全てのパターンについて示した模式図である。本図に示すように、連通経路Ｒ１１（図９（ａ））は、第１共通ＥＧＲ通路９６の分岐管部９６ｂ１および単管部９６ａと、第２共通ＥＧＲ通路９７の単管部９７ａおよび分岐管部９７ｂ２とを通る経路であり、１番気筒５２Ａとその次に燃焼が行われる２番気筒５２Ｂとをつないでいる。連通経路Ｒ１２（図９（ｂ））は、第２共通ＥＧＲ通路９７の分岐管部９７ｂ２および単管部９７ａと、第１共通ＥＧＲ通路９６の単管部９６ａおよび分岐管部９６ｂ２とを通る経路であり、２番気筒５２Ｂとその次に燃焼が行われる４番気筒５２Ｄとをつないでいる。連通経路Ｒ１３（図９（ｃ））は、第１共通ＥＧＲ通路９６の分岐管部９６ｂ２および単管部９６ａと、第２共通ＥＧＲ通路９７の単管部９７ａおよび分岐管部９７ｂ１とを通る経路であり、４番気筒５２Ｄとその次に燃焼が行われる５番気筒５２Ｅとをつないでいる。連通経路Ｒ１４は（図９（ｄ））は、第２共通ＥＧＲ通路９７の分岐管部９７ｂ１および単管部９７ａと、独立ＥＧＲ通路９８とを通る経路であり、５番気筒５２Ｅとその次に燃焼が行われる３番気筒５２Ｃとをつないでいる。連通経路Ｒ１５（図９（ｅ））は、独立ＥＧＲ通路９８と、第１共通ＥＧＲ通路９６の単管部９６ａおよび分岐管部９６ｂ１とを通る経路であり、３番気筒５２Ｃとその次に燃焼が行われる１番気筒５２Ａとをつないでいる。

当実施形態において、上記５つの連通経路Ｒ１１〜Ｒ１５の容積は全て同一の値に設定されている。そのための方法は種々考えられるが、当実施形態では、第１共通ＥＧＲ通路９６の単管部９６ａと第２共通ＥＧＲ通路９７の単管部９７ａとが同じ容積Ｖｘに設定され、第１共通ＥＧＲ通路９６の一対の分岐管部９６ｂ１，９６ｂ２がそれぞれ容積Ｖｙに設定され、第２共通ＥＧＲ通路９７の一対の分岐管部９７ｂ１，９７ｂ２がそれぞれ容積Ｖｙ（つまり第１共通ＥＧＲ通路９６の分岐管部９６ｂ１，９６ｂ２と同じ容積）に設定され、独立ＥＧＲ通路９８が容積Ｖｘ＋Ｖｙに設定されている。このようにすることで、上記５つの連通経路Ｒ１１〜Ｒ１５の容積が、全て同一の値、｛２・Ｖｘ＋２・Ｖｙ｝に設定されている。なお、独立ＥＧＲ通路９８は、図面中での見かけ上は、Ｖｘ＋Ｖｙよりも小さい容積をもつように見えるが、独立ＥＧＲ通路９８を立体的な湾曲形状とするか、もしくは断面積を共通ＥＧＲ通路９６，９７よりも大きくするなどすれば、独立ＥＧＲ通路９８の容積をＶｘ＋Ｖｙにすることができる。

以上のように、本発明の第２実施形態では、５気筒エンジンにおける任意の気筒とその気筒の次に燃焼が行われる後続気筒とをつなぐＥＧＲマニホールド９５内の連通経路Ｒ１１〜Ｒ１５の容積が、燃焼順序が連続するどの気筒の組合せについても同一に設定されている。これにより、先の第１実施形態と同様、燃焼順序が連続する気筒どうしで起きる吸気干渉の強さが均一化されるので、ＥＧＲマニホールド９５を通じて各気筒２Ａ〜２Ｄに還流されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）のばらつきを効果的に抑制することができる。

なお、上記第２実施形態においても、容積が「同一」であるという意味が完全同一だけでなく実質同一（各気筒のＥＧＲ量のばらつきが許容値以下に収まる程度に差が小さいこと）をも含むという点は、先の第１実施形態と同様である。

１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
２０ 吸気系
３０ 排気系
４０ 排気還流装置
４１ ＥＧＲ管
４３ ＥＧＲ弁
４５ ＥＧＲマニホールド
４６ 共通ＥＧＲ通路
４６ａ 単管部
４６ｂ１，４６ｂ２ 分岐管部
４７ （第１）独立ＥＧＲ通路
４８ （第２）独立ＥＧＲ通路
Ｒ１〜Ｒ４ 連通経路
５１ エンジン本体
５２Ａ〜５２Ｅ 気筒
７０ 吸気系
８０ 排気系
９０ 排気還流装置
９１ ＥＧＲ管
９３ ＥＧＲ弁
９５ ＥＧＲマニホールド
９６ （第１）共通ＥＧＲ通路
９６ａ 単管部
９６ｂ１，９６ｂ２ 分岐管部
９７ （第２）共通ＥＧＲ通路
９７ａ 単管部
９７ｂ１，９７ｂ２ 分岐管部
９８ 独立ＥＧＲ通路
Ｒ１１〜Ｒ１５ 連通経路

Claims (4)

1. 複数の気筒を有する多気筒エンジンの各気筒から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気系から吸気系に還流させる排気還流装置であって、
   エンジンの排気系から吸気系に向けて延びる単一のＥＧＲ管と、ＥＧＲ管の下流端部から各気筒に向けて分岐するように設けられたＥＧＲマニホールドと、これらＥＧＲ管およびＥＧＲマニホールドを通って各気筒に還流されるＥＧＲガスの量を調節するＥＧＲ弁とを備え、
   上記ＥＧＲマニホールドは、上記ＥＧＲ管の下流端部から延びる単一の単管部とそこから分岐しつつ延びて燃焼順序が連続しない複数の気筒の吸気ポートと連通するように設けられた分岐管部とを含む１つまたは複数の共通ＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ管の下流端部から延びて特定の気筒の吸気ポートと連通するように設けられた１つまたは複数の独立ＥＧＲ通路とを有し、
   任意の気筒とその気筒の次に燃焼が行われる後続気筒とをつなぐ上記ＥＧＲマニホールド内の連通経路の容積が、燃焼順序が連続するどの気筒の組合せについても同一となるように、上記共通ＥＧＲ通路および独立ＥＧＲ通路の各形状が設定されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気還流装置。
2. 請求項１記載の多気筒エンジンの排気還流装置において、
   上記エンジンが、特定方向に並ぶ合計４つの気筒を有するとともに燃焼順序が気筒列方向の一端側から１番、３番、４番、２番気筒の順になるように設定された４気筒エンジンであり、
   上記ＥＧＲマニホールドは、気筒列方向の内側に位置する２つの気筒にＥＧＲガスを供給する１つの共通ＥＧＲ通路と、気筒列方向の外側に位置する残りの２つの気筒にそれぞれＥＧＲガスを供給する２つの独立ＥＧＲ通路とを有し、
   上記１つの共通ＥＧＲ通路および上記２つの独立ＥＧＲ通路のそれぞれの容積が全て同一となるように、上記共通ＥＧＲ通路および独立ＥＧＲ通路の各形状が設定されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気還流装置。
3. 請求項２記載の多気筒エンジンの排気還流装置において、
   上記共通ＥＧＲ通路と独立ＥＧＲ通路とが同一平面上に配置されたことを特徴とする多気筒エンジンの排気還流装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の多気筒エンジンの排気還流装置において、
   上記エンジンは、ガソリンを含有する燃料の自着火による燃焼であるＨＣＣＩ燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行可能なものであり、
   上記ＥＧＲ弁は、少なくとも上記ＨＣＣＩ燃焼の実行領域で開弁されることを特徴とする多気筒エンジンの排気還流装置。

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